Kühlschranktüren - wie viel Energie sparen sie wirklich? (Teil 1)

Es wird oft behauptet, dass Kühlschranktüren im Vergleich zu offenen Schränken Energieeinsparungen von 60 % oder mehr ermöglichen. Diese Zahlen beruhen fast immer auf Labortests, bei denen in der Regel ein Schrank mit Tür und ein offener Schrank unter Bedingungen der ISO-Klimaklasse 3 (CC3) verglichen werden.

Supermarktstudien zeichnen jedoch ein anderes Bild. Die meisten berichten von deutlich geringeren Einsparungen durch Kühlschranktüren: in der Regel zwischen 20 und 30 %, manchmal auch weniger.

Wer hat also Recht? Und wenn die tatsächlichen Einsparungen eher bei 20-30 % liegen, wohin fließt dann der Rest?

Dieses Leistungsgefälle wirft ernsthafte Fragen darüber auf, wie diese Einsparungen berechnet werden und ob sie unter realen Handelsbedingungen Bestand haben.

Labortestverfahren neigen dazu, den Energieverbrauch offener Schränke aufzublähen, wodurch die Ergebnisse verfälscht werden. Gleichzeitig können einige Elemente der Tests die scheinbare Leistung von Türen künstlich erhöhen. Das Ergebnis ist, dass die Türen scheinbar Einsparungen von 60 % und mehr bieten, die aber in der Ladenumgebung nur selten erreicht werden.

Noch wichtiger ist, dass die Labortests nicht das Verhalten der Kühlschranktüren im Betrieb berücksichtigen. Die Häufigkeit des Öffnens der Türen, die Dauer des Öffnens, Nachfüllvorgänge, die Online-Kommissionierung und beschädigte oder fehlende Dichtungen wirken sich alle auf die Leistung aus, aber keine dieser Faktoren wird in den Standardtestannahmen berücksichtigt.

In diesem Artikel befassen wir uns mit der Frage, warum Standardtests die Leistung in der Praxis nicht widerspiegeln, was passiert, wenn realistischere Bedingungen angewandt werden, und warum der Vergleichspunkt für Kühlschranktüren geändert werden muss, insbesondere für Einzelhändler, die bereits die aerodynamische Regalkanten-Technologie.

Wir werden uns hier auf Flügeltüren konzentrieren, die in großflächigen Supermärkten am häufigsten vorkommen. (Ein zukünftiger Artikel wird sich mit dem Vergleich von Schiebetüren befassen).

Bevor wir uns mit den Tests befassen, wollen wir mit einem weit verbreiteten Missverständnis beginnen, das sich häufig gegen Supermärkte richtet...

"Warum haben Supermärkte keine Türen an ihren Kühlschränken? Ich habe zu Hause eine Tür an meinem.

Das ist ein gängiges Argument, und oberflächlich betrachtet klingt es auch logisch. Aber der Vergleich hinkt schnell.

Erstens sind die beiden Arten der Kühlung sehr unterschiedlich. Haushaltskühlschränke werden statisch gekühlt, während Supermarktkühlschränke die Luft mit Ventilatoren umwälzen, die einen kalten Luftvorhang bilden. 

Die meisten Supermarktkühlschränke haben sechs Türen pro Kühlschrank, und sie sparen nur dann Energie, wenn alle Türen geschlossen sind. Wenn eine eine der Türen geöffnet ist, verbraucht der gesamte Kühlschrank mehr Energie als ein vollständig geöffneter Schrank. Dies ist auf den Blasebalgeffekt zurückzuführen: Durch das Öffnen der Kühlschranktüren wird kalte Luft aus dem Kühlschrank herausgezogen, so dass warme Luft nachströmen kann, was den Kühlbedarf erhöht. Während die Türen geöffnet sind, bewirkt die Konvektion, dass sich die Luft dynamischer durch die Öffnung bewegt, wodurch mehr kalte Luft austritt als bei einem vollständig geöffneten Schrank.

Haushaltskühlschränke haben eine Tür mit einem Rahmen und einer Dichtung, so dass sie in geschlossenem Zustand vollkommen luftdicht sind. Kühlschranktüren in Supermärkten können nicht luftdicht verschlossen werden, so dass sie nicht so effektiv sind, selbst wenn sie ganz geschlossen sind. 

Außerdem arbeiten Kühlschränke in Privathaushalten und im Handel in völlig unterschiedlichen Umgebungen, und vor allem betreten nicht alle paar Sekunden Tausende von Menschen eine Küche und öffnen die Kühlschranktür. In Supermärkten ist genau das der Fall.

Tatsächlich haben Tests von Aerofoil Energy (Sarno, 2019) ergeben, dass:

• Wenn alle sechs Türen geschlossen sind, verbraucht der Kühlschrank weniger Energie als ein Schrank mit offener Front.

• Wurde jedoch nur eine der sechs Türen geöffnet, überstieg der Energieverbrauch den des offenen Schranks, auch wenn die anderen fünf Türen geschlossen blieben.

Was bedeutet das in der Praxis? Die Effizienz der Kühlschranktüren hängt davon ab, wie oft die Türen geöffnet werden und wie lange sie offen bleiben. In stark frequentierten Geschäften, in denen die Kunden ständig auf gekühlte Produkte zugreifen, schwindet der Energievorteil der Türen schnell.

Der Vergleich mit einem Kühlschrank zu Hause mag zwar intuitiv erscheinen, lässt aber den Umfang, die Umgebung und das Verhalten außer Acht, die die Kühlung im Supermarkt ausmachen.

Die Testannahmen hinter den Türansprüchen

Die Prüfkammern sind so konfiguriert, dass sie die Leistung der Schränke unter extremen Bedingungen testen und nicht die Umgebung im Supermarkt nachbilden. Dies ist wichtig, um zu gewährleisten, dass Lebensmittel auch unter widrigen Umständen sicher gelagert werden. Zu diesem Zweck sind die Testbedingungen der ISO-Klimaklasse 3 festgelegt:

• 25°C Umgebungstemperatur

• 60% relative Luftfeuchtigkeit

• Querschläger von 0,2 m/s

Diese Bedingungen wirken sich erheblich auf den Energieverbrauch offener Kühlschränke aus. In Labortests drückt der Querzug warme, feuchte Luft in offene Kühlschränke, wodurch der Kaltluftschleier unterbrochen wird und die Infiltration zunimmt, was den Energieverbrauch in die Höhe treibt.

Verkleidete Schränke hingegen sind von diesen Auswirkungen weitgehend abgeschirmt.

Genau hier beginnt die Diskrepanz. Unter Laborbedingungen erscheinen offene Schränke weit weniger effizient als sie es in realen Geschäften wären, während die Leistung von Schränken mit Türen überbewertet wird.

Hier sehen Sie, wie die häufigsten Variablen die Ergebnisse eines Standard-Labortests beeinflussen:

Vielen Ingenieuren ist zwar bewusst, dass Prüfkammern nicht den realen Betrieb widerspiegeln, doch wird oft übersehen, wie unterschiedlich sich diese künstlichen Bedingungen auf die verschiedenen Schrankformate auswirken.

Die gängige Annahme ist, dass die Prüfung beider Schränke in der gleichen Umgebung einen fairen Vergleich ermöglicht. Das gilt aber nur, wenn die Testbedingungen neutral sind, und das sind sie nicht.

Das Hauptziel der ISO-Prüfung ist die Lebensmittelsicherheit, nicht die Energieeffizienz. Es soll bestätigt werden, ob die Schränke unter schwierigen Bedingungen sichere Lagertemperaturen aufrechterhalten können, und nicht, um genaue Energieverbrauchsdaten zu ermitteln. Alle aus diesem Test abgeleiteten Effizienzangaben sind daher nicht repräsentativ.

Feldversuche erzählen eine andere Geschichte

Mehrere Studien die sich auf Versuche in Geschäften oder auf repräsentative Bedingungen in Geschäften stützen, belegen dies:

• Hill, Watkins und Edwards: 20-35% Energieeinsparung mit Türen

• Axell und Fahen: 26 % Energieeinsparung durch Nachrüstung von Türen

• ASDA: Aerofoils allein reduzierten die Kühlleistung um 34% in 187 Filialen

Dies sind keine Einzelfälle. Sie spiegeln wider, was in realen Geschäften, in großen Unternehmen, unter normalen Handelsbedingungen und nicht unter künstlichen Testbedingungen geschieht.

Die Ursache der behaupteten Einsparungen zu verstehen, ist der erste Schritt. Der nächste Schritt besteht darin, zu untersuchen, was bei Standardtests übersehen wird und wie diese Lücken den Vergleich zwischen gedockten und offenen Formaten weiter verzerren.

Was die üblichen Supermarkt-Kühlschranktests nicht berücksichtigen

Selbst wenn Testvergleiche fair erscheinen - gleiche Temperatur, gleiche Schranktypen - werden die Bedingungen und Verhaltensweisen, auf die es in den Geschäften am meisten ankommt, entweder stark vereinfacht oder ganz ausgeschlossen.

Hier sind die drei wichtigsten Gründe, warum die derzeitigen Prüfverfahren die Energieeffizienz von Türen überbewerten:

1. Überhöhte Ausgangsbedingungen

Wie bereits erwähnt, werden offene Schränke in Labortests warmer, feuchter Luft ausgesetzt, die über die Schrankfront geblasen wird. Dies destabilisiert den Kaltluftvorhang und erhöht den Energieverbrauch erheblich. Schränke mit Türen sind dagegen vor diesem Effekt geschützt. Die Türen lenken den Luftstrom einfach ab. 

Das Ergebnis? Offene Schränke erscheinen weit weniger effizient, als sie in der Praxis sind, während Schränke mit Türen davon unberührt bleiben. Der Vergleich wird von vornherein verzerrt.

Wenn realistischere Parameter angewandt werden - niedrigere Umgebungstemperatur, geringere Luftfeuchtigkeit und ein für das Geschäft repräsentativer Luftstrom - schrumpft die Energielücke. Die Einsparungen verschwinden nicht völlig, aber sie sinken auf etwa 25-30 % und nicht auf die oft zitierten 60 %.

2. Unrealistische Sequenzen beim Öffnen von Türen

Ein weiteres Problem ist die Art und Weise, wie die Tests das Verhalten der Kunden simulieren. Standardtests simulieren die Nutzung der Türen mit einer gleichmäßigen Abfolge: eine Tür nach der anderen, in gleichmäßigen Abständen und für dieselbe Dauer geöffnet. Dies hat jedoch wenig Ähnlichkeit mit dem tatsächlichen Verhalten in einem Geschäft. In der Praxis sind die Türen:

• Gleichzeitig von mehreren Käufern geöffnet

• Offen gehalten während der Wiederauffüllung

• Wiederholt für die Online-Kommissionierung in Spitzenzeiten genutzt

In den folgenden beiden Diagrammen wird das unter ISO-Bedingungen in einer Laborumgebung spezifizierte Türöffnungsprofil mit den tatsächlich beobachteten Öffnungen in einem Handelsgeschäft verglichen:

In der Studie von Sarno (2019) führte eine Änderung nur des Öffnungsmusters - nicht der Anzahl der Öffnungen - zu einer Verringerung der beobachteten Energieeinsparungen um 10 %.

3. Testmethoden, die das Ergebnis verfälschen

Einige Praktiken, die zwar technisch konform sind, verzerren die Ergebnisse noch weiter zugunsten von Kühltruhen mit Türen:

• Nachtrollos: In vielen Geschäften werden außerhalb der Geschäftszeiten Nachtrollos verwendet (eine Standardmaßnahme zur Energieeinsparung bei offenen Schränken). Während die ISO-Prüfung offener Schränke die Verwendung von Nachtrollos vorschreibt, werden Nachtrollos bei vergleichenden Labortests oft nicht berücksichtigt, wodurch der wahrgenommene Vorteil von Türen künstlich verstärkt wird. Wenn Nachtrollos korrekt berücksichtigt werden, schrumpft der Energieunterschied erheblich, insbesondere in Geschäften, in denen Rollos 12 Stunden am Tag eingesetzt werden.

• Abstreifdichtungen: Um die ISO-Prüfungen zu bestehen, werden Kühlschranktüren oft mit transparenten Gummidichtungen versehen, die einen luftdichten Abschluss bilden. Diese Dichtungen tragen zur Verringerung von Leckagen in der Testumgebung bei, werden aber in den Geschäften selten installiert oder ordnungsgemäß gewartet. Sie sind störanfällig, schwer zu reinigen und anfällig für bakterielles Wachstum, was zu ihrer Entfernung führt. Ohne sie ziehen Luftstromeffekte große Mengen warmer Luft durch die Türspalten in den Kühlschrank, was den realen Energievorteil verringert.

• Häufigkeit der Türöffnung: Bei den Standardtests wird davon ausgegangen, dass sich die Kühlschranktüren 10 Mal pro Stunde öffnen, wie in der Sarno-Studie, die eine Energieeinsparung von 27 % ergab. Daten aus Geschäften deuten jedoch darauf hin, dass die tatsächliche Nutzung viel höher und chaotischer sein kann: Studien nennen 60 bis 250 Öffnungen pro Stunde (Orlandi et al., 2013; EPEE/Eurovent, 2011).

Nachfolgende Tests in der Sarno-Studie zeigten, dass die Energieeinsparungen durch die Türen mit jeder weiteren Öffnung von 10 Türen pro Stunde um 10 % sanken. Bei 40 Türöffnungen pro Stunde sank der Energievorteil der Türen auf nur noch 9 %, was eine deutlich geringere Energieeinsparung darstellt als die Installation von Luftleitblechen zum Öffnen von Schränken.

Diese Verluste zeigen, dass lang andauernde Öffnungen und mehrere gleichzeitige Türereignisse zu Energiespitzen führen, die jedoch in den ISO-Tests nicht berücksichtigt werden.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass es viele Gründe gibt, warum die im Labor getesteten Energieeinsparungen selten mit den realen Ergebnissen übereinstimmen. Zusammen erklären diese Faktoren die ständige Diskrepanz und warum Einzelhändler in der Regel 20-30 % Einsparungen und nicht 60 % und mehr angeben.

Überdenken der Ausgangssituation

Selbst wenn die Tests geändert würden, um die Bedingungen in den Geschäften zu simulieren (genauere Türöffnungssequenzen, realistischere Luftströme und korrekte Verwendung von Nachtrollos und Dichtungen), wäre der Vergleich immer noch unvollständig.

Denn die meisten britischen Einzelhändler sollten Kühlschranktüren nicht mehr mit bloßen offenen Schränken vergleichen. Sie sollten sie mit offenen Schränken vergleichen, die bereits mit einer aerodynamischen Regalkantentechnologie ausgestattet sind.

Der wirkliche Maßstab ist nicht ein nackter Schrank

In den letzten zehn Jahren gehörten aerodynamische Verbesserungen bei vielen Fahrzeugen zur Standardausstattung. Der Vergleich erfolgt also nicht mit einem offenen Standardschrank. Sondern mit einem, der bereits optimiert wurde.

Die Aerofoil-Shelf-Edge-Technologie wird jetzt in großem Maßstab eingesetzt. Die Versuche von ASDA 2018 in 187 Filialen zeigten eine 34%ige Reduzierung des Kühlbedarfs bei kontrollierten Tests. In realen Ladenumgebungen blieben die Ergebnisse konsistent, mit typischen Energieeinsparungen von 15-20 %, gemessen unter realen Handelsbedingungen, nicht unter künstlichen Testbedingungen.

Vor kurzem hat Aerofoil Energy ein passives Luftstrom-Kit für offene Kühlschränke auf den Markt gebracht. Es ermöglicht Energieeinsparungen, die mit denen herkömmlicher Kühlschranktüren vergleichbar sind, ohne die Kosten für die gesamte Lebensdauer, die Komplexität oder die Unterbrechung des Betriebs, während das offene Design beibehalten wird, das Einzelhändler und Kunden bevorzugen.

Diese und andere aerodynamische Innovationen bieten eine praktikable Alternative zur vollständigen Nachrüstung von Türen und signalisieren eine neue Richtung für Supermärkte, die Effizienz ohne Kompromisse anstreben.

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Wenn dieses Optimierungsniveau bereits erreicht ist, wird der zusätzliche Nutzen von Türen marginal. Repräsentative Tests in Geschäften zeigen, dass die verbleibende Energielücke unter 5 % liegt, und in einigen Fällen bieten Türen überhaupt keine weitere Energieeinsparung.

Was ein genaues Benchmarking beinhalten sollte

Wenn das Ziel darin besteht, Technologien auf der Grundlage der tatsächlichen Leistung zu vergleichen, dann muss der Testaufbau den Betrieb der Schränke in den Geschäften widerspiegeln. Das bedeutet, dass man über die ISO-Zertifizierung hinausgehen und Parameter verwenden muss, die die tägliche Handelsumgebung widerspiegeln:

Wendet man diesen Rahmen an, so sieht die Energielücke ganz anders aus. In vielen Fällen sind die Türen nur geringfügig effizienter als offene Schränke, die bereits eine aerodynamische Regalkantentechnologie verwenden.

Berücksichtigt man die zusätzlichen Kosten für die Wartung, die Betriebskosten und den Nachweis, dass Türen den Verkauf von Lebensmitteln einschränken können, lässt sich diese geringe Gewinnspanne kaum noch rechtfertigen. Besonders wenn Luftfoliensysteme bereits den Großteil der Einsparungen erbringen, ohne die Komplexität in den Geschäften zu erhöhen.

Hier sind nur einige Beispiele (klicken Sie für die vollständigen Berichte):

Marks and Spencer wählt Aerofoils für umweltfreundliche Effizienz: 

Sainsbury's behauptet, dass Aerofoils den Energieverbrauch in britischen Geschäften um 15 % gesenkt haben:

Ausgleich zwischen Gewinn und Realität

Kühlschranktüren können in der Praxis einige Energieeinsparungen bewirken, doch sind diese in der Regel bescheiden und liegen weit unter den oft genannten Werten von 60 % und mehr. In der Praxis berichten die Einzelhändler eher von 20-30 %. Und in Geschäften, die bereits aerodynamische Regalkanten und/oder Nachtrollos verwenden, ist der zusätzliche Nutzen oft vernachlässigbar (weniger als 10 %). Wenn man die allgemeinen Kosten und die Auswirkungen auf den Umsatz mit einbezieht, können die Türen sogar zu einer negativen Investitionsrendite führen.

Ob Türen eine lohnende Investition sind, hängt von einer Vielzahl von Variablen ab:

• Ladenformat und Ganganordnung

• Luftstrom- und Schrankspezifikationen, z. B. Nachtrollos

• Kundenverkehr und Häufigkeit der Türöffnungen

• Einsatz von Technologien wie Aerofoils

Bei stark gefüllten Kühltruhen kann der Energieverbrauch aufgrund der langen Öffnungszeiten und des Blasebalgeffekts höher sein als bei einer gut optimierten offenen Kühltruhe.

Deshalb brauchen Kühlstrategien einen differenzierteren Ansatz. Aerodynamische Innovationen erreichen und übertreffen in einigen Fällen die Effizienz herkömmlicher Kühlschranktüren, ohne die Komplexität, die Kosten oder die Beeinträchtigung der Kunden. Infolgedessen werden Kühltruhen mit offenen Türen schnell zum neuen Maßstab für Betrieb und Umwelt.

Die größte Chance liegt im gezielten Einsatz. In verkehrsarmen oder spezialisierten Zonen können Türen immer noch sinnvoll sein, insbesondere dort, wo keine Nachtrollos eingesetzt werden können. In stark frequentierten Bereichen sind optimierte offene Schränke jedoch oft besser geeignet. Eine Analyse des Kundenverkehrs und der Leistung der Schränke in jeder einzelnen Filiale kann Einzelhändlern helfen herauszufinden, wo (und ob) Türen sinnvoll sind.

Und wenn Türen im Vergleich zu einem optimierten offenen Schrank nur einen geringfügigen oder gar keinen Gewinn bringen, stellt sich die Frage: Sind die Kosten die Kompromisse wirklich wert?

Aerofoil Energy hilft Einzelhändlern beim Benchmarking der Kühlleistung anhand von Live-Daten aus den Geschäften, vom Kundenverhalten und der Luftströmung bis hin zur Auffüllung der Bestände und den Auswirkungen der Wartung. Wir bieten Seite-an-Seite-Vergleiche und Leistungssimulationen zur Unterstützung der strategischen Entscheidungsfindung in Ihrem gesamten Gebäude.

Der nächste Teil folgt: Im zweiten Teil werden wir die breiteren kommerziellen Auswirkungen von Kühlschranktüren analysieren und untersuchen, wie sich diese auf die Kapitalrendite auswirken. Um es als Erster zu lesen, folgen Sie uns auf LinkedIn oder besuchen Sie unseren Blog. 

Wenn Sie Ihre Kältestrategie überdenken, sind wir für Sie da. Kontaktieren Sie uns.

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